Virtual Personal Area Network System that Enables Direct Communication with PAN Devices in Remote Locations

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  • 遠隔地にあるPANデバイスとの直接通信を可能とするVPANシステム

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IoTデバイスの通信規格としてBluetoothを始めとしたPAN（Personal Area Network）が主流となっている．しかし，PANデバイスは通信可能範囲に制限があるため，ユーザは宅内と宅外で異なる通信手段に基づくアプリケーションを使い分ける必要がある．本論文では，遠隔地にあるPANデバイスとの直接通信を可能とするVPAN（Virtual PAN）システムを提案する．PANデバイスの制御命令を処理するVPANミドルウェアをユーザ空間で設計し，ユーザの操作端末と宅内のホームゲートウェイに実装する．両デバイスのVPANミドルウェアが連係して動作することにより，遠隔地のPANを操作端末周辺のPANに仮想的に統合する．これにより，ユーザは場所を問わず一般的なPANと同じ手順で近隣と遠隔地双方のPANデバイスを制御できる．Bluetoothに対応したVPANミドルウェアのプロトタイプをAndroidスマートフォンに実装し，BLE（Bluetooth Low Energy）機器探索およびデータ通信に関して評価を行った．その結果，近隣および遠隔のBLE機器を統合的に発見でき，遠隔地とのデータ通信はBluetoothで定義されているタイムアウト時間よりも十分に短い時間で完了していることを確認した．

Personal Area Network (PAN) such as Bluetooth has become the mainstream communication standard for IoT devices. However, since PAN devices have a limited communication range, users need to use different applications based on different communication methods at home and outdoor. This paper proposes a Virtual PAN (VPAN) system that enables direct communication with PAN devices in remote locations. The VPAN middleware, which processes the control instructions of PAN devices, is designed in the user space and implemented in the user's operation device and the home gateway. The VPAN middleware of both devices works in cooperation with each other to virtually integrate the remote PAN into the PAN around the operation device. This allows the user to control both nearby and remote PAN devices by the same procedure as a general PAN regardless of location. We implemented a prototype of the Bluetooth-enabled VPAN middleware on an Android smartphone and evaluated its performance in terms of Bluetooth Low Energy (BLE) device discovery and data communication. As a result, we confirmed that the prototype was able to discover both neighboring and remote BLE devices in an integrated manner, and that the data communication with the remote location was completed in a sufficiently shorter time than the timeout time defined by Bluetooth.

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